Пример 1

Зададимся вопросом, можно ли повысить прочность детали, уменьшая площадь ее сечения и массу?

В конструкции, показанной на рис. 1.99, а, в варианте II сечение гайки уменьшено при сохранении той же общей высоты И. Благодаря этому часть ее витков деформируется (растягивается) под нагрузкой F, что способствует лучшему распределению нагрузки по высоте гайки и повышению ее несущей способности по сравнению с вариантом I.

Изменяя податливость обода пары зубчатых колес (варианты II - IV на рис. 1.99, б) по сравнению с исходной конструкцией (вариант I), в которой опора вала расположена ближе к левому торцу колес, можно достичь более равномерного распределения напряжений  σ по длине зуба, при этом компенсируются погрешности изготовления, деформации валов, подшипников и т.д.

В этих конструкциях повышение прочности достигается путем увеличения податливости деталей и снижения концентрации напряжений.

Если рассматривать ползун с различной длиной нижней опоры (b2 > b1, рис. 1.99, в), то казалось бы, что увеличение длины должно благоприятно сказаться на давлении р в опоре, однако это не всегда справедливо При неудачном соотношении длины опоры, жесткости ползуна, зазора в опоре и ее податливости под действием силы F может произойти защемление ползуна в нижней опоре (вариант II), сопровождаемое значительным ростом давления. Здесь, в отличие от рассмотренных выше случаев, увеличение податливости ползуна может привести к существенно неравномерному распределению нагрузки по опоре, а также к повышению давления.

На рис. 1.99, г показаны два варианта соединения элементов конструкции сваркой. В варианте II благодаря удалению части сварного шва концентрация напряжений снижена более чем в 1,5 раза по сравнению с вариантом I.

Рассмотрим сечения деталей типа балок, работающих на изгиб (рис. 1.99, д). В варианте II для повышения прочности предусмотрены ребра I и 2. Однако при определенных соотношениях размеров, при которых общий момент инерции сечения с ребрами растет медленнее, чем высота ребер, разрушение может начаться именно с этих ребер. В подобных случаях для увеличения прочности целесообразно не выполнять ребра, а использовать способ максимально возможного удаления материала от нейтральной оси сечения.

Аналогичный результат получается при рассмотрении круглого сечения (вариант I, рис. 1.99, е), работающего на изгиб и срезанного с двух сторон (вариант II). В последнем случае момент сопротивления несколько больше, чем в варианте I, так как момент инерции уменьшается для сечения в варианте II в меньшей степени, чем изменяется расстояние до крайних волокон.

Таким образом, для отдельных сечений можно увеличить момент сопротивления не добавлением, а уменьшением сечения, путем срезания части сечения, наиболее удаленной от нейтральной оси.

В схеме, показанной на рис. 1.99, ж, выборка 1 около крепежных элементов в одной из соединяемых деталей способствует расширению зоны контакта (заштрихованная область), снижению неравномерности распределения напряжений о, повышению эффективности закрепления (особенно крупных деталей).

Следует отметить, что применение полых деталей (рис. 1.99, з, и) способствует повышению долговечности, а кроме того, происходит самозатягивание гаек. Такое решение может применяться для колец и тел качения подшипников, в зубчатых колесах, червячных передачах, гайках и др.

Смотрите также